蠕变分析实例

蠕变分析实例 采用 ANSYS 分析软件对螺栓进行了蠕变计算， 以下给出了计算用的原始数据、 分析步骤、计算结果以及与理论解的比较。 1， 原始数据 螺栓几何参数：长 L=150mm；截面面积 A=100mm2 螺栓材料参数：弹性模量 E=200GPa 蠕变应变率： d / dt K n ， K 5 10 30 / s ， n 7 载荷：预紧力 0 1000MPa ，恒定温度 T 900C 2， 分析过程 计算时间为 1000h，积分步时间选择 10，迭代次数选择 100。具体分析步骤 如下： 一、定义工作文件名 启动 ANSYS，选择 File→Change Jobname 命令，在 Enter new jobname 输 入栏中输入工作文件名, 并将 New log and error files 设置为 Yes。 二、定义单元类型 选择 Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete 命令， 单击 add 按钮， 在 Library of Element Type 复选框中选择 Structural Link，2D spar 1， 在 Element type reference number 输入栏中输入 1。 三、定义材料性能参数 1)选择 Preprocessor→Material Props→Material Models 命令， 出现 Define Material Model Behavior 对话框。 2)在 Material Models Available 中依次双击 Structural、 Linear、 Elastic、 Isotropic 选项，在 EX 中输入弹性模量，点击 OK。 3) 在 Material Models Available 中依次双击 Structural 、 Nonlinear 、 Inelastic、Rate Dependent、Creep、Creep only、Emplicit 选项，在 C1、 C2 所对应的行中分别输入 5E-30、7，点击 OK。 四、创建有限元模型 1)选择 Preprocessor→Create→Nodes→In Active CS 命令，在当前坐标下创 建节点。取 Node number 为 1，在 X,Y,Z Location in active CS 的三个输 入栏中分别输入 0,0,0,单击 Apply，再创建节点 2（150,0,0） 。 2)选择 Preprocessor→Create→Elements→Auto Numbered→Thru Nodes 命令， 出现 Element from Nodes 拾取菜单， 选择编号为 1、 2 的节点， 单击 OK 按钮，
ANSYS 显示窗口将显示螺栓的有限元图，如图 1。
图1 五、施加载荷
螺栓有限元模型图
1) 施 加位 移 约束 。选 择 Preprocessor → Loads → Define Loads → Apply → Structural→Displacement→On Nodes 命令, 出现 Apply U, ROT on Nodes 拾取菜单，单击 Pick All 和 OK，在 Lab2 DOFs to be contrained 复选框 中选择 All DOF, 取 VALUE Displacement value 为 0。 2) 施加温度。选择 Preprocessor→Loads→Define Loads→Apply→Structural→Temperature→Uniform Temp 命令，取 Uniform Temperature 为 900。 六、求解计算 1) 定义分析类型。分析类型为 Static。 2)选择 Solution→Load Step Opts→Solution Ctrl 命令，出现 Nonlinear Solution Control 对话框，使 Solution Control 状态从 ON 变为 OFF，在 Pressure load stiffness 下拉菜单中选择 Program Chosen。 3) 定义求解时间步。选择 Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time and Substps 命令，取 Time at end of load step 为 3600000，取 Number of substeps 为 100，并选中 Stepped, 其余采用默认设置。 4) 求解输出控制。选择 Solution → Load Step Opts → Output Ctrls → Solu Printout 命令，在 Item for printout control 下拉菜单中选择 Basic quantities，并选中 Every Nth substp, 取 N 值为 36000，Component name 为 All entities。 5) 写入数据库和结果文件控制。选择 Solution → Load Step Opts → Output Ctrls→DB/Result Files 命令，在 Item to be controlled 下拉菜单中选 择 Element solution, 并选中 Every Nth substp, 取 N 值为 1，Component name 为 All entities。 6) 选择 Solution→Solve→Current LS 命令，单击 OK, ANSYS 将开始求解计 算，求解结束时，出现 Note 对话框。 七、查看求解结果 1) 轴向应力和时间变化关系曲线显示 ·定义时间-历程变量。选择 TimeHist Postpro→Define Variables 命令，单 击 Add 按钮，选中 by seq no.,单击 OK 按钮，出现单元拾取菜单，在输入栏
图2
坐标轴设置对话框
Байду номын сангаас
图3
时间为 1000 小时的轴向应力结果显示
中输入 1。单击 OK 按钮，在 Ref number variable 输入栏中输入 2, Element number 中输入 1，Name User-specified Label 中输入 SIG，Sequence number 中输入 1,并在 Data item 复选框中选择 LS，其余默认。 · 将时间单位转变为小时。 选择 TimeHist Postpro→Math Operations→Multiply 命令，在 Reference number for result 输入栏中输入 3，取 1st Factor 为 1/3600，1st Variable 为 1，其余默认。 ·曲线设置。选择 TimeHist Postpro→Setting→Graph 命令，在 X-axis 选项 中选择 Single variable，并取 Single variable no 为 3,其余默认。 ·坐标轴设置。选择 PlotCtrls→Style→Graph→Modify Axes 命令，出现 Axes Modification for Graph Plots 对话框，参照图 2 进行设置。 · 显示轴向应力和时间变化关系曲线。 选择 TimeHist Postpro→Graph Variables 命令，在 1st variable to graph 中输入 2，单击 OK 按钮，窗口将显示螺栓 轴向应力和时间的变化关系曲线。 2) 时间为 1000 小时时的轴向应力结果显示 ·获取参量信息。选择 Parameters→Get Scalar Data 命令，在 Type of data to be retrived 复选框中选择 Results data, Timehist var’s。 ·获取时间 - 历程信息。单击 OK 按钮，出现 Get Data for Time-history Variables 对话框，取 Name of parameter to be defined 为 T1000，在 Variable number N 输入栏中输入 2，在复选框 Data to be retrieved 中 选择 Real val @ time →，在 Time or location number 输入栏中输入 1000*3600。 ·显示时间为 1000 小时的轴向应力值。选择 List→Status→Parameters→All Parameters 命令，显示窗口将列表显示时间为 1000 小时的轴向应力值，如 图 3 所示。 3，与理论解的比较 采用数值积分方法，经过计算，可以得到当t=1000h时，轴向应力值为 594.3775。 而由图 3 可知，当 t=1000h 时，ANSYS 有限元计算得到的轴向应力值为 593.901595，与理论解近似程度很好。